ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov EEB1 Vytápění Úvod do vytápění doc.ing.karel Kabele,CSc. 1
Literatura, informace Skripta EEB1 (Kabele a kol.) http://tzb.fsv fsv.cvut..cvut.czcz Vytápění rodinných a bytových domů (Petráš a kol.) Zdroje tepla domovní kotelny (Lulkovičová a kol.) Teplovodní a elektrické podlahové vytápění (Petráš áš,koudelková,kabele),kabele) Sešity projektanta (Společnost pro techniku prostřed Vytápění,, větrv trání,, klimatizace budov (Cihelka a kol.) Časopis Vytápění,v,větrání instalace Časopis Topenářstv ství Časopis Energy and Buildings www.tzb-info.cz www.stpcr.cz edí) 2
Hypocausta Historie 700 př.n.l p - 0 3
Krby, kamna Historie - středov edověk 4
Historie 18-19.stolet 19.století parní soustavy 5
Historie 20.století teplovodní soustavy Parní soustavy jsou nahrazovány teplovodními použití elektrické energie, čerpadel, regulace Teplovodní kotel Strebl z roku 1927 6
Současnost Teplovodní otopné soustavy Plynové kotle řízené elektronikou Otopné plochy umíst stěné v podlaze, stěnách, stropech Počíta tačové modely chování systémů 7
Základy termokinetiky Teplo, tepelná energie Forma přenosu p energie související s neuspořádaným pohybem částic soustavy Teplota Stavová veličina, ina, vyjadřuj ující středn ední kinetickou energii částic hmoty Termodynamická /Kelvin/ T [K] Celsius t [ C] t= T-273,15T Fahrenheit [ F] 1 F=5/9 C ( F-32).5/9= 32).5/9= C 8
O.zákon Základn kladní zákony termodynamiky Existuje stavová veličina ina TEPLOTA. Dvě soustavy v termodynamické rovnováze mají stejnou teplotu. Dvě soustavy v tepelném m kontaktu měním své fyz.. parametry tak dlouho, dokud nenastane rovnováha vyjádřen ená stejnou teplotou. 9
Základn kladní zákony termodynamiky 1.zákon Součet energií všech hmotných objektů izolované soustavy je konstantní 2.zákon Teplo se šíří samovolně z místa m vyšší teploty do místa m s nižší teplotou. 3.zákon Žádným konečným ným pochodem nelze dosáhnout absolutní nuly 10
Sdílen lení tepla v prostoru Vedení (kondukce) Sdílen lení uvnitř pevných těles, t Biot-Fourier Fourierův zákon Proudění (konvekce) Sdílen lení tepla makropohybem molekul a jejich shluků Pohybem tekutiny a přenos p z povrchu pevného tělesa t do tekutiny a naopak Newton-Richman Richman, Fourier-Kirchhof 11
Sdílen lení tepla v prostoru Prostup = proudění+veden +vedení+proudění Sálání (radiace) Přenos tepla elektromagnetickým vlněním Nevyžaduje hmotu Stefan-Boltzmann Boltzmannův zákon Sazima a kol: Technický průvodce Sdílen lení tepla 12
VNITŘNÍ PROSTŘED EDÍ BUDOV Teorie vnitřního prostřed edí budov Tepelně vlhkostní mikroklima Akustické mikroklima Psychické mikroklima Světeln telné mikroklima Elektrostatické mikroklima a další ší. Tepelně-vlhkostn vlhkostní mikroklima Stav vnitřního prostřed edí z hlediska tepelných a vlhkostních toků mezi člověkem a okolím Tepelná pohoda Tepelná rovnováha mezi člověkem a okolím 13
Člov lověk k z hlediska tepelné energie Zdroj tepla Qm metabolické teplo Sdílen lení tepla s okolím Qz Dýchání Konvekce Radiace Kondukce Evaporace Rovnice tepelné bilance organismu Qm=Qz Qz pohoda Qm>Qz Qz horko Qm<Qz Qz chlad T a T p 14
Člověk Faktory ovlivňuj ující TVM Tepelná produkce metabolismu Tepelný odpor oděvu Místnost Teplota vzduchu Povrchová teplota okolních stěn Rychlost proudění vzduchu Vlhkost vzduchu 15
Fyzikáln lní veličiny iny pro popis tepelného stavu m tepeln ho stavu místnosti m ho stavu m stnosti Teplota vzduchu Teplota okolních ploch Účinná teplota okolních ploch, t 4 4 4 r = ϕrr1.t +... + ϕrn.t 1 n 273 t reff Teplota imaginárn rní duté šedé koule, která má stejné sálavé účinky jako daný prostor Operativní teplota, (globeteplota,, výsledná teplota) Zohledňuje teplotu vzduchu i teplotu okolních ploch Měří se kulovým teploměrem tg = hcta h c + + hrtr h r 16
Měř ěřen ení vnitřního prostřed edí Kulový teploměr Teplota vzduchu Relativní vlhkost Intenzita sálání Povrchové teploty Rychlost proudění vzd budov 17
Vyhodnocení vnitřního prostřed edí operativní teplota t g ( C) asymetrie radiační teploty t r ( C) rozdíl l operativních teplot vzduchu v úrovni hlava-kotn kotníky ky t o ( C) rychlost proudění vzduchu v a (m.s -1 ) intenzita sálánís I (W.m -2 ) relativní vlhkost rh (%) 18
Vyhodnocení TVM PMV index (Predicted mean vote) PPD index (Predicted percentage of dissatisfied) Vždy existuje alespoň 5% nespokojených MULCOM http://tzb.fsv fsv.cvut..cvut.cz/vyuka/ se20/web/ 19
Podklady pro navrhování OS - energetické výpočty Stanovení potřebn ebného výkonu tepelné ztráty ty [kw] Předběžný výpočet ČSN O60210 Výpočet tepelných ztrát t při p ústředním m vytápění ČSN EN 12831 Tepelné soustavy. Stanovení tepelného příkonu Stanovení roční potřeby energie [kwh, GJ] Denostupňov ová metoda EN 832 Vyhláš áška MPO č.291/2001 sb. 1.1. 2002 energetický průkaz budovy EPDB energy performance building directive Matematické modelování Porovnání variant řešení Nestandardní řešení 20
Vnitřní výpočtov tové parametry Co je to t i? Výpočtov tová vnitřní teplota = průměr r mezi teplotou vzduchu a teplotou stěn n ohraničuj ujících ch místnost = výsledná teplota kulového teploměru (naměřená hodnota) Výsledná teplota odpovídá operativní teplotě pro rychlost proudění <0,2 m.s -1 (vypočten tená hodnota dle vyhl.253/2002) 21
Vnější výpočtov tové parametry Co je to t e? Venkovní vnitřní teplota Průměrn rná teplota pěti p za sebou následujících ch nejchladnější ších dnů podle dlouhodobých pozorování -12 C, -15 C, C,-18 C Nad 400 m n.v. 3K Jsou-li pro lokalitu konkrétn tní údaje za 30 let, je možné je použít. 22
Předb edběž ěžný výpočet tepelné ztráty ty Obálkov lková metoda Výpočet dle tepelné charakteristiky Qc = V q ( t t 0 i e ) 23
ČSN O60210 Výpočet tepelných ztrát t při p úst středn edním m vytápění JE určena pro dimenzování otopných soustav UT při p nepřeru erušovaném vytápění stanovení tepelné charakteristiky budovy dle ČSN 730540 NENÍ určena pro výpočet tepelných ztrát t prostorů vytápěných sálavými s plochami výpočet potřeby tepla pro úpravu vzduchu pro klimatizaci 24
Výpočet et tepelné ztráty ty dle Q c = Q p + Q V ( Q z ČSN060210 SN060210 ) k c = Q o S ( t i t e ) Q p = Q o ( 1 + p 1 + p 2 + p 3 ) p 1 = 015, k c Q j = n o = k j S j ( t i t e j = 1, j ) 28 23 18 13 8 3 Operativ e tempe rature typical winter we e k -2-7 -12 25 00h05 06h05 12h05 18h05 00h05 06h05 12h05 18h05 00h05 06h05 12h05 18h05 00h05 06h05 12h05 18h05 00h05 06h05 12h05 18h05 00h05 06h05 12h05 18h05 00h05 06h05 12h05 MRT [ C] 18h05 Prostup tepla Daytime Tg Ambient temp
Výpočet tepelné ztráty ty dle ČSN060210 Q c = Q p + Q V ( Qz ) Větrání Q = V c ρ ( t t ) v i e V = 0,3až0,5 V místnosti nebo V = ( i l) B M 26
Výpočet tepelných ztrát t ve zvláš áštn tních případech padech Stěny přilp iléhající k zemi Místnosti vyšší než 8m Velké zasklené plochy v místnostech m se zdrojem vlhkosti Vysoké budovy nad 25 m Masivní stavby Akumulační vytápění 27
Roční průběh h potřebn ebného výkonu 29
Roční potřeba tepla na vytápění Denostupňov ová metoda ε = e e e η η i t d o r Q r = 24 Qc ε t t i e D ei -nesoučasnost infiltrace a prostupu (0,8-0,9) et -snížení teploty během dne (0,8 7) ed -zkrácení doby s vyt. přestávkami (0,8 1) nr -účinnost rozvodů (0,95 0,98) no -účinnost obsluhy (0,9 1) D = ( t t ) I E d 30
ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Děkuji za pozornost 31